Nghiên ứu hệ điều khiển buồng sấy dây chuyền xeo giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG
SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2008

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205043351000000


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG
SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH

Hà Nội - 2008


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là do tơi tự hồn thành dưới sự hướng
dẫn của thầy giáo PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH. Các số liệu và kết quả trong luận văn là
hoàn toàn trung thực.
Để hồn thành luận văn này, tơi chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã được ghi
trong mục tài liệu tham khảo, không sử dụng các tài liệu nào khác mà không được liệt kê
ở phần tài liệu tham khảo.
Học viên

NGUYỄN VĂN HƯNG

1


Lời mở đầu
Trong một dịp đi công tác tại nhà máy giấy Bãi Bằng với nhiệm vụ: Nâng cao tốc độ quay lô sấy
của phân xưởng Xeo nhà máy. Sau quá trình làm việc, tác giả nhận thấy, một đối tượng khá lý
thú và hấp dẫn, đó là hệ điều khiển buồng sấy giấy. Lý do tác giả quan tâm tới điều này là việc
nâng cao tốc độ quay lô sấy có liên quan tới hệ này. Thực tế, dây chuyền này được xây dựng từ
những năm 80 của thế kỷ trước, do vậy, tồn tại một số vấn đề cần nâng cấp, khắc phục. Và mục
đích cuối cùng của ý tưởng nâng cấp này là nâng cao hiệu quả sử dụng vốn đem lại lợi ích kinh tế
cao hơn nữa.
Bản luận văn này giới hạn việc tìm hiểu, nghiên cứu và đưa ra đề xuất các giải pháp nâng cao
chất lượng điều khiển cho khâu sấy của phân xưởng Xeo tại nhà máy giấy nói chung, và giấy Bãi
Bằng nói riêng. Tác giả tập trung tìm hiểu và phân tích dây chuyền xeo nói chung và hệ thống

thực ở dây chuyền 1 nhà máy giấy Bãi Bằng nói riêng, để đưa ra các kết luận và thực hiện mơ
hình hóa đối tượng. Sau đó, đưa ra cấu trúc điều khiển mới để thực hiện nâng cao chất lượng điều
khiển cho hệ thống.
Thực sự, trong quá trình tìm hiểu, tác giả khơng tìm được một nghiên cứu nào trước đây về hệ
sấy cho xưởng Xeo của nhà máy giấy tại nước ta. Do vậy, tồn bộ những kiến thức có được đều
tham khảo ở các sách nước ngoài, và đặc biệt là khoảng thời gian thực tế tại nhà máy Bãi Bằng.
Tôi thực sự cám ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị kỹ sư, cơng nhân thuộc tổ Nghi khí và tổ
Cơng nghệ tại nhà máy. Đồng thời, tôi xin cám ơn PGS. Bùi Quốc Khánh và TS. Phạm Quang
Đăng, hai người đã có kinh nghiệm làm việc thực tế tại xưởng Xeo với kiến thức chuyên sâu đã
chỉ dẫn nhiệt tình cho tác giả trong quá trình làm bản luận văn này. Tơi cung xin gửi lời cám ơn
tới các đồng nghiệp của tơi đã góp ý, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.

Hà nội, ngày 16 tháng 11 năm 2008
Học viên

Nguyễn Văn Hưng

2


Mục lục
Lời cam đoan ................................................................................................................................... 1
Lời mở đầu ...................................................................................................................................... 2
Mục lục ............................................................................................................................................ 3
Danh mục hình vẽ............................................................................................................................ 4
Chương 1: Cơng nghệ xeo giấy trong nhà máy sản xuất giấy........................................................ 6
1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy........................................................................ 6
1.2. Những tồn tại trong khâu sấy. ............................................................................................ 10
1.2.1 Vai trò quan trọng của khâu sấy. .................................................................................. 10
1.2.2 Những tồn tại cần khác phục. ....................................................................................... 12

Chương 2: Nguyên lý hoạt động của quá trình sấy trong xưởng Xeo........................................... 15
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khâu sấy..................................................................... 15
2.2.1 Cấu hình lô sấy trong phân xưởng Xeo. ....................................................................... 16
2.2.2 Hệ thống hơi và hệ thống xử lý nước ngưng trong phân xưởng Xeo. .......................... 19
2.2.3 Vòng điều khiển lượng hơi ẩm. .................................................................................... 22
2.3. Mơ tả hoạt động buồng thơng gió....................................................................................... 27
2.3.1. Điểm sương ................................................................................................................. 28
2.3.2. Cấu trúc buồng thơng gió. ........................................................................................... 29
2.3. Các giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển. .................................................................. 32
Chương 3: Mơ hình hóa và xây dựng cấu trúc điều khiển mới .................................................... 37
3.1. Mơ hình hóa lơ sấy. ............................................................................................................ 37
3.1.1.Mơ hình kinh nghiệm. .................................................................................................. 37
3.1.2. Mơ hình động của lô sấy. ............................................................................................ 39
3.2. Phương pháp nhận dạng đối tượng từ thực nghiệm ........................................................... 46
3.2.1. Nhận dạng quá trình có dạng IPZ qua đáp ứng bước. ................................................ 47
3.2.2. Nhận dạng quá trình FOPDT qua đáp ứng bước. ........................................................ 49
3.3 Ứng dụng buồng thơng gió vào điều khiển độ ẩm của gió. ................................................. 50
3.3.1 Nhận dạng đối tượng khi ứng dụng buồng khí điều khiển độ ẩm của giấy.................. 50
3.3.2. Cấu trúc điều khiển mid-ranging. ................................................................................ 52
3.3.3. Lợi ích đem lại từ cấu trúc mid-ranging cho hệ sấy. ................................................... 55
3.4. Xây dựng cấu trúc điều khiển............................................................................................. 58
3.4.1 Bộ điều khiển cho vòng điều khiển áp suất. ................................................................. 58
3.4.2 Thiết kế bộ điều khiển cho vòng điều khiển độ ẩm bằng phương pháp IMC. ............. 61
3.4.3. Tính tốn bộ điều khiển theo phương pháp mơ hình nội IMC. ................................... 67
Chương 4: Mô phỏng và nhận xét. ............................................................................................... 71
4.1. Mô phỏng vòng điều khiển áp suất cho đối tượng IPZ. ..................................................... 71
4.2. Bộ điều khiển IMC cho vòng điều khiển độ ẩm. ................................................................ 73
4.2.1. Ứng dụng bộ điều khiển IMC cho vòng điều khiển độ ẩm dùng hơi .......................... 73
4.2.2. Vòng điều khiển IMC cho đối tượng buồng thơng gió. .............................................. 75
4.3. Vòng điều khiển độ ẩm với cấu trúc mid-ranging.............................................................. 75

4.4. Nhận xét kết quả ................................................................................................................. 80
Kết luận ......................................................................................................................................... 82
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................................... 83

3


Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Tổng quan về cơng nghệ sản xuất giấy
Hình 1.2: Quá trình sấy giấy
Hình 2.1: Buồng sấy giấy hiện đại của hãng Metso
Hình 2.2 : Các lơ sấy trong dây chuyền sản xuất giấy
Hình 2.3a: Cấu hình lơ sấy kép.
Hình 2.3b: Cấu hình lơ sấy đơn.
Hình 2.4 : Hai lơ sấy lạnh ở nhóm sấy cuối cùng.
Hình 2.5: Bố trí các lơ sấy trong một nhóm sấy.
Hình 2.6. Bố trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade.
Hình 2.7: Bố trí kiểu cascade với bốn nhóm sấy chính.
Hình 2.8: Hệ sấy sử dụng bộ nén hơi
Hình 2.9. Đường đo của máy scanner.
Hình 2.10: Áp suất đặt giữa các nhóm lơ sấy.
Hình 2.11.: Điểm đặt r của bộ điều khiển độ ẩm
Hình 2.12: Cấu trúc điều khiển thường gặp của vịng điều khiển độ ẩm.
Hình 2.13 : Các thơng số liên quan trong khâu sấy.
Hình 2.14: Hai yếu tố tự nhiên ảnh hưởng tới quá trình sấy
Hình 2.15 : Ngun lý cấu tạo hệ thống thơng gió buồng sấy.
Hình 2.16 : Cấu hình hộp thổi khí của khoang sấy kép và đơn.
Hình 2.17: Vị trí các hộp gió trong một dây chuyền sấy hiện đại của hãng Metso.
Hình 2.18 : Áp suất trong buồng thơng gió.
Hình 2.19 : Hệ Xeo dây chuyền 1 nhà máy Bãi Bằng

Hình 2.20: Mơ tả hệ điều khiển sấy của dây chuyền Xeo 1.
Hình 2.21 : Hiện tượng đứt giấy tại buồng sấy.
Hình 3.1: Đáp ứng bước vịng hở của mơ hình đối tượng IPZ.
Hình 3.2: Gradient nhiệt độ trong lơ sấy.
Hình 3.3 : Đáp ứng bước Step của mơ hình IPZ.
Hình 3.4: Đáp ứng bước của quá trình FOPDT.
Hình 3.5 : Đáp ứng của độ ẩm của giấy và điếm sương khi nguồn cấp khí thay đổi
Hình 3.6: Ứng dụng điển hình của cấu trúc điều khiển dải giữa.
Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển dải giữa đơn giản.
Hình 3.8: Cấu trúc điều khiển dải giữa cho bộ điều chỉnh vị trí van.
Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển dải giữa kiểu lai.
Hình 3.10 a: Cơng suất sấy của hệ hơi và buồng gió.
Hình 3.10 b: Công suất tổng khi kết hợp hai hệ hơi và khí.
Hình 3.10 c: Vùng làm việc đáp ứng nhanh của hai hệ hơi và khí.
Hình 3.11 :Vịng điều khiển áp suất
Hình 3.12 Sơ đồ khối mạch vịng điều khiển cho đối tượng IPZ
Hình 3.13: Đánh giá chất lượng quá trình quá độ qua chỉ số Ms
Hình 3.14: Cấu trúc mid-ranging đề xuất áp dụng điều khiển độ ẩm
Hình 3.15: Điều khiển vịng hở.
Hình 3.16: Sơ đồ điều khiển mơ hình nội
Hình 3.17: Chuyển đổi tương đương điều khiển mơ hình nội.
Hình 3.18: Dạng thu gọn của điều khiển mơ hình nội.

4


Hình 4.1: Vịng điều khiển áp suất.
Hình 4.2: Bảng tham số cho đối tượng IPZ.
Hình 4.3 :Các tham số cho đối tượng IPZ.
Hình 4.4 Đáp ứng của bộ điều khiển PID cho đối tượng IPZ.

Hình 4.5 : Cấu trúc điều khiển IMC (lý tưởng).
Hình 4.6 : Khả năng loại trừ nhiễu tốt
Hình 4.7: Bộ điều khiển PID tổng hợp theo IMC.
Hình 4.8 : Đáp ứng đầu ra.
Hình 4.9: Cấu trúc điều khiển mid-ranging cho hệ điều khiển độ ẩm.
Hình 4.10 : Giá trị tham số cho đối tượng Process Object
Hình 4.11 : Giá trị tham số cho đối tượng Process Object1
Hình 4.12: Tham số cho bộ điều khiển PID2
Hình 4.13: Tham số cho bộ điều khiển PID1
Hình 4.14 : Đáp ứng tín hiệu điều khiển của cơ cấu chấp hành hệ thống hơi (trên) và của van gió
của buồng gió (dưới).
Hình 4.15: Đáp ứng đầu ra giữa hai hệ: Khơng có mid-ranging (trên) và hệ mid-ranging (dưới).
Hình 4.16: Đáp ứng tín hiệu điều khiển của cơ cấu chấp hành hệ thống hơi (trên) và của van gió
(dưới).
Hình 4.17 : Đáp ứng đầu ra giữa hai hệ: Khơng có mid-ranging (trên) và hệ mid-ranging (dưới).

5


Chương 1: Công nghệ xeo giấy trong nhà máy sản xuất giấy
Chương này nêu lên vai trò quan trọng của giấy trong đời sống của con người. Đồng thời
giới thiệu vắn tắt cơng nghệ sản xuất giấy và vai trị quan trọng của khâu sấy trong nhà
máy giấy, công nghệ này được khảo sát thực tế tại nhà máy giấy Bãi Bằng. Tiếp theo, qua
thực tế, tác giả đưa ra các sự cố thường gặp trong khâu sấy và nhiệm vụ cần giải quyết
tiếp theo.

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy.
Ngày nay, giấy đóng vai trị quan trọng trong đời sống thường ngày của chúng ta, giấy
được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực của đời sống như trong in ấn, viết, cho đóng gói,
cho các ứng dụng khác như giấy ăn hay giấy vệ sinh. Những sản phẩm này có chất lượng

khác nhau nhiều. Một số loại giấy địi hỏi chất lượng cao là:
• Giấy cho in ấn và viết,
• Giấy in cho các báo và tạp chí,
• Giấy ăn cao cấp,
• Giấy in tiền,
• Giấy đóng gói.
• Giấy bìa cứng.
Trong thời đại phát triển ngày nay, giấy đã trở thành một nguyên liệu cơ bản và xuất hiện
ở khắp mọi nơi trên thế giới. Giấy đóng vai trị thực sự quan trọng trong đời sống hàng
ngày của con người.
Ngành công nghiệp giấy là ngành cơng nghiệp địi hỏi vốn lớn và mơi trường cạnh
tranh cao. Điều đó thể hiển ở áp lực về giá sản phẩm. Áp lực về giá dựa trên các sản phẩm
thành phẩm cho thấy lợi nhuận trên một đơn vị sản phẩm là rất nhỏ, và vì vậy người sản
xuất chỉ thực sự thu được lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn.
6


Trước khi tìm hiểu vấn đề điều khiển trong khâu sấy ở xưởng xeo, ta tìm hiểu
nguyên lý chung về công nghệ sản xuất giấy qua các công đoạn sau:
a. Công đoạn xử lý nguyên liệu:
Nguyên liệu tre nứa gỗ từ bãi nguyên liệu được đưa vào băng chuyền, được phun rửa
trước khi vào máy chặt. Tại máy chặt tre nứa, gỗ được đập dập, chặt thành các mảnh nhỏ
có kích thước u cầu, sau đó được đưa qua hệ thống rửa mảnh rồi qua băng tải đến sân
chứa mảnh năng suất cỡ vài trục tấn/h.
Gỗ được đưa đến hệ thống bóc vỏ bằng băng tải xích và được đưa vào thùng bóc vỏ.
Sau khi được bóc vỏ gỗ được chặt theo kích thước u cầu. Sau đó mảnh gỗ được đưa qua
sàng chọn đến sân chứa mảnh gỗ. Năng suất máy chặt gỗ là khoảng từ 20-60 tấn/h tuỳ
thuộc công suất nhà máy. Mảnh tre nứa gỗ được thổi đến từng nồi nấu theo tỷ lệ yêu cầu.
b. Công đoạn nấu:
Bột giấy được sản suất theo phương pháp sunphát có cơng đoạn thu hồi hố chất. Ngun

liệu được nấu từng mẻ trong 3 nồi nấu bột hình trụ đứng.
Sau khi nấu xong bột, nó được phóng sang bể phóng có dung tích cỡ 400-500 m 3 . Từ bể
phóng bột được chuyển qua máy đánh tơi rồi đưa đến bộ phận rửa. Năng suất nấu bột
khoảng 150-200 tấn/ngày. (Số liệu lấy từ nhà máy giấy Bãi Bằng).
c. Công đoạn rửa sàng:
Bột sau khi qua máy đánh tơi được đưa tới các máy rửa lọc chân không. Tại đây bột rửa
sạch để thu hồi hoá chất nấu bột là dịch đen lỗng có nồng độ cỡ 13%, sau đó được đưa
tới hệ thống chưng bốc. Bột đen đã được rửa sạch được đưa tới hệ thống sàng gồm: 2
sàng áp lực, 1 sàng thô và 3 sàng lọc cát. Mấu mắt và bột sống bị loại ra khỏi bột được
đưa xuống sàng, cơ đặc và xuống vít tải thải ra ngồi. Bột tốt được đưa tới cơng đoạn tẩy
trắng.
d. Cơng đoạn tẩy trắng:

7


Bột từ sàng được đưa vào bể chứa từ bể chứa bột đen được đưa vào tẩy trắng. Công đoạn
tẩy gồm 4 giai đoạn:
-

Bột được clo hoá bằng Cl 2 ,

-

Sau đó, được kiềm hố để loại bỏ hợp chất mầu clorua lignin ra khỏi bột,

-

Tiếp theo, bột được tẩy tiếp bằng NaClO để nồng độ trắng tăng lên theo yêu cầu.
Để đảm bảo độ trắng tăng theo yêu cầu đặt ra, phải thực hiện công đoạn tẩy diễn ra

một cách nghiêm túc, duy trì thích hợp các yếu tố: nồng độ bột, mức dùng hoá
chất, nhiệt độ, thời gian và độ PH.

-

Bột sau khi được tẩy trắng được đưa vào bể chứa để đưa sang phân xưởng xeo
giấy. Năng suất của cơng đoạn tẩy trắng được tính theo hàng trăm tấn/ngày.

e. Công đoạn xeo giấy:
Trước khi vào máy xeo, bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để làm tăng diện
tích tiếp xúc, tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau tạo điều kiện cho khả năng
hình thành tờ giấy tốt hơn. Sau khi nghiền bột được phối hợp với các phụ gia khác như:
cao lanh, nhựa thông , phèn và một số chất khác ở mức độ phù hợp với yêu cầu chất
lượng giấy. Sau đó bột được qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát, để loại bỏ chùm
sơ sợi và cát sạn rồi được đưa lên hòm phun bột. Bột được phun lên lưới và hình thành tờ
giấy ướt có độ khô là 18-20% qua hệ thống ép ướt, độ khô cửa tờ giấy đạt 40%, rồi đưa
vào hệ thống sấy. Tại đây giấy được sấy khô và ổn định độ khơ là 93-94%. Sau đó tờ giấy
được xử lý để làm nhẵn bề mặt, mịn và chuyển đến bộ phận cuộn lại ở bộ phận hồn
thành để gia cơng, chế biến thành sản phẩm giấy cuộn, giấy A4, A3, giấy vở học
sinh…theo yêu cầu của khách hàng.

8


Hình 1.1: Tổng quan về cơng nghệ sản xuất giấy


1.2. Những tồn tại trong khâu sấy.
1.2.1 Vai trò quan trọng của khâu sấy.
Chức năng chính của phân xưởng xeo là tạo ra các cuộn giấy thành phẩm từ bột giấy.

Trong đó, khâu sấy là một thành phần quan trọng bậc nhất của tồn phân xưởng. Nhiệm
vụ chính của khâu sấy là định hình kích cỡ khổ giấy và làm bay hơi phần lớn lượng nước
tồn tại trong giấy để giấy đạt được khô yêu cầu.
Nguyên lý cơ bản của quá trình tạo ra giấy là quá trình loại nước khỏi bột giấy bằng việc
ép, gia nhiệt. Tại phần đầu của dây chuyền Xeo, trọng lượng của các chất khác ngồi
nước chỉ chiếm khoảng 1%, trong khi đó, ở cuối dây chuyền, thành phần của các chất này
chiểm từ 90-95% trọng lượng của tấm giấy. Quá trình sản xuất giấy trong xưởng Xeo
gồm các cơng đoạn như hình vẽ sau:

Hình 1.2: Q trình sấy giấy

Như vậy, có ba khâu chính trong quá trình chế biến giấy tại xưởng Xeo: Khâu phun lưới
để hình thành khổ giấy với độ ẩm cỡ 80%, khâu ép ướt với độ ẩm còn 50-60% và khâu
sấy. Trong quá trình đi qua khâu sấy, nước được loại bỏ từ độ ẩm 50% xuống khoảng 5%.
Sau khi ra khỏi khâu sấy giấy đã thành giấy thành phẩm và đưa đi tiêu dùng.

10


Với mỗi nhà máy, việc đầu tư một máy giấy mới là một sự đầu tư với số vốn rất lớn. Theo
dự toán cho thấy, chỉ riêng vốn đầu tư cho một nhà bột công suất 250.000 tấn/năm cỡ 400
triệu USD. Vì vậy, việc tăng hiệu quả sản xuất và cơng suất là một chìa khóa quan trọng
hàng đầu để thực hiện thu hồi vốn nhanh và phát huy hiệu quả sản xuất kinh doanh. Một
trong những biến chất lượng quan trọng nhất trong ngành sản xuất giấy là lượng nước
trong giấy (độ ẩm của giấy). Dưới đây là một vài lý do trả lời tại sao hệ thống điều khiển
khâu sấy đóng vai trị quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và lợi nhuận của nhà
máy:
-

Sự biến đổi lớn về độ ẩm của giấy có thể ảnh hưởng bất lợi tới các khâu xử lý khác

trong dây chuyền như: khâu cán, dây chuyền chuyển đổi hoặc đóng gói, hoặc thậm
chí cả máy in của khách hàng. Trong quá trình sản xuất, độ ẩm được đo và giám
sát online, các sản phẩm giấy sau đó được loại bỏ nếu lệch khỏi các giá trị giới hạn
xác định. Độ ẩm của cuộn giấy có giá trị ổn định và đồng đều sẽ đảm bảo sự loại
bỏ thấp và đạt được hiệu suất cao.

-

Trong sản xuất, độ khô của tấm giấy thường đạt từ 90-95%, với độ khơ này, theo
góc độ kỹ thuật, thì tờ giấy sẽ đạt tiêu chuẩn để đảm bảo khi in, khi viết không bị
nhoè hay loang mực. Ngồi ra, với độ khơ này thì liên giấy bề mặt của tấm giấy đạt
được độ bền và dai. Nếu độ khô lớn hơn hoặc nhỏ hơn khoảng giá trị này thì tấm
giấy đều dễ đứt bởi khơ q hoặc ẩm quá. Xét về mặt kinh tế, khi hệ thống làm
việc ổn định, thì có thể nâng độ ẩm của giấy lên tới giá trị mà không ảnh hưởng
đến các đặc tính kỹ thuật của giấy thành phẩm. Việc làm này đem lại lợi ích kinh tế
rất lớn thể hiện ở hai khía cạnh. Thứ nhất, sản phẩm của nhà máy giấy được bán
theo kg, do vậy việc tăng độ ẩm đồng nghĩa với việc nhà máy giấy bán nước với
giá thành cao. Ví dụ, một nhà máy giấy công suất là 500 tấn giấy/ngày nếu giảm
độ ẩm 0,2% thì một năm sẽ tăng 356 tấn giấy. Thứ hai, việc tăng độ ẩm của giấy sẽ
tiết kiệm được năng lượng hơi. Do vậy, trong thực tế, để đảm bảo cả yếu tố về kỹ
thuật lẫn yếu tố kinh tế người ta thường cố gắng điều khiển khâu sấy để đảm bảo
độ ẩm của giấy trong khoảng từ 7%-8% tuỳ theo chất lượng bột đưa vào khâu ép.

11


-

Một giải pháp để tăng sản phẩm đầu ra là việc tăng tốc độ chạy máy. Thực tế,
trong việc nâng cao sản lượng giấy thành phẩm, người ta thường nâng cao tốc độ

quay của hệ truyền động cho các lô sấy, khi nâng cao tốc độ quay của lô sấy nghĩa
là tăng tốc độ ra giấy. Trong thực tế, giải pháp này chỉ có thể giải quyết được khi
mà cơng suất sấy đáp ứng được nhu cầu. Do vậy, hệ thống sấy chính là nút thắt cổ
chai trong việc nâng cao sản lượng giấy thành phẩm trong các nhà máy giấy. Khi
đó, khâu sấy trở thành vấn đề giải quyết cuối cùng bởi khâu sấy sẽ phải đảm bảo
được độ ẩm của giấy ở tốc độ chạy máy cao nhất mà vẫn trong tầm kiểm soát.
Nghĩa là việc điều khiển độ ẩm ở tốc độ cao mà vẫn đảm bảo nhu cầu hơi cấp
khơng ở áp suất cao nhất.

Tóm lại, trong các cơng đoạn của xưởng Xeo thì khâu sấy là thành phần quan trọng nhất
và đắt tiền nhất. Đồng thời, vấn đề điều khiển cho khâu sấy cũng là vấn đề phức tạp và
khó hơn cả.
1.2.2 Những tồn tại cần khác phục.
Qua tìm hiểu thực tế, nhà máy Bãi Bằng được thành lập từ thập kỷ 80 dưới sự tài trợ của
chính phủ Thụy Điển. Nhìn từ cơ cấu tổ chức và quản lý thì chúng ta đang thừa hưởng
một tài sản vô cùng quý từ nước bạn bởi nó thực sự hồn thiện. Từ khâu tổ chức con
người tới cách tổ chức nhà xưởng đều logic và hợp lý. Cịn về cơng nghệ nói chung, nhà
máy nào cũng bị ảnh hưởng bởi công nghệ phát triển không ngừng. Nói cách khác, thiết
bị khơng ngừng lạc hậu. Do vậy, nhu cầu thay thế và nâng cấp luôn phải đặt ra để đạt
được mục đích cuối cùng là kinh tế và chất lượng sản phẩm cao. Nhà máy giấy Bãi Bằng
cũng khơng nằm ngồi điều này.
Trở lại thực tế, ngày nay, tốc độ của giấy trên dây chuyền có thể đạt 2000 m/phút với độ
rộng của lô sấy lên tới 10 m. Qua khảo sát thực tế tại nhà máy giấy Bãi Bằng, trong cơng
đoạn xeo giấy có 2 máy xeo lưới có khổ rộng 3,8m với tốc độ cực đại là 650m/phút. Công
suất một máy xeo là 5 tấn/h. Cả 2 máy xeo là 240 tấn/ngày.
Như vậy, hiện nay đang tồn tại hai vấn đề chính đối với nhà máy giấy là:

12

i.

Tốc độ ra giấy hiện nay của nhà máy là khá thấp. Điều này có hai lý do
chính. Một là, hệ truyền động cho hệ lô sấy chưa được nâng cấp bởi vẫn sử
dụng hệ truyền động 1 chiều cấp điện từ hệ DC bus. Hai là, với giả định có
thể nâng cấp tốc độ quay lơ sấy cao hơn thì một vấn đề thứ hai là: cơng suất
sấy của hệ không đủ và độ ổn định không cao khi tốc độ ra giấy được nâng
lên.

ii.

Hiện này, trong một số nhà máy của nước ta, đặc biệt là những nhà máy
được xây dưng cách đây vài thập kỷ như giấy Bãi Bằng thì thường xuyên
xảy ra sự cố đứt giấy, theo thống kê, trung bình cỡ 1,5 ngày/lần. Điều này,
qua khảo sát thực tế, nguyên nhân đứt giấy chủ yêu là do các ngun nhân
chính sau:
-

Độ ẩm của giấy khơng đều.

-

Hệ truyền động động cơ quay lơ có sự cố.

-

Chất lượng bột khơng đồng đều.

Ngồi hai vấn đề nêu trên, một hiện tượng khác cần quan tâm là công suất sấy ứng với tải
giống nhau lại có sự khác nhau khi thời tiết thay đổi, cụ thể là khi độ ẩm khơng khí thay

đổi.
Trong những ngun nhân trên, ở luận văn này, ta tập trung phân tích nguyên nhân làm
cho độ ẩm của giấy không đều, đề ra giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ.
Đồng thời góp phần nâng cao công suất sấy của hệ.
Các giải pháp được đưa ra dựa trên nghiên cứu các tài liệu và thực tế đề nâng cao độ ổn
định làm việc của hệ thống và nâng cao công suất sấy.
Như vậy, có hai vấn đề đặt ra đó là: làm sao để hệ điều khiển làm việc ổn định và tin cậy.
Đồng thời giải quyết vấn đề nâng cao hơn nữa công suất sấy của hệ sấy.

13


Kết luận:Việc nâng cao chất lượng và công suất sấy đóng vai trị quan trọng trong bài
tốn nâng cao sản lượng giấy. Đây chính là mục đích chính của luận văn này.

14


Chương 2: Nguyên lý hoạt động của quá trình sấy trong
xưởng Xeo
Ở chương 1, đã đưa ra quá trình sản xuất cho cơng nghệ giấy nói chung và đưa ra các tồn
tại hiện có trong xưởng Xeo nhà máy giấy Bãi Bằng. Để hiểu được nguyên nhân của
những tồn tại này, ở chương này, ta thực hiện tìm hiểu sâu hơn công nghệ sấy giấy trong
xưởng Xeo.

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khâu sấy.
Cách phổ biến nhất để làm bay hơi nước khỏi lưới giấy là sử dụng nhiệt từ hơi quá nhiệt
trong các lô sấy. Một bộ sấy được chứa đầy hơi quá nhiệt là một phương pháp hiệu quả để
truyền nhiệt vào tấm giấy. Năng lượng hơi đã được chứng minh có hiệu quả kinh tế hơn
bất kỳ phương pháp nào khác. Một ưu điểm khác của phương pháp truyền nhiệt là ít độc

hại và dễ dàng vận chuyển và cơng suất nhiệt cao. Vì hầu hết nhiệt năng dạng hơi được
lưu dưới dạng ẩn nhiệt, lượng lớn của nhiệt có thể truyền đi hiệu quả ở nhiệt độ không
đổi, đây là là một đặc tính hữu ích trong việc sấy giấy và nhiều ứng dụng truyền nhiệt.
Ngồi ra, dạng năng lượng này cịn dùng cho việc quay tuabin động cơ thủy lực và ứng
dụng trong việc phát điện.
Khâu sấy được đặt gọn trong buồng sấy của mỗi xưởng xeo và được đóng kín cách lý với
mơi trường bên ngồi.

Hình 2.1: Buồng sấy giấy hiện đại của hãng Metso.

15


2.2.1 Cấu hình lơ sấy trong phân xưởng Xeo.
Khâu sấy là một buồng sấy dài cỡ hàng chục đến hàng trăm mét tùy thuộc vào
công suất của mỗi máy sấy. Trong buồng sấy chứa hàng loạt các lô sấy được sắp xếp xen
kẽ nhau và thường có hai hàng trên và dưới. Các lô sấy này lại được phân thành các nhóm
sấy (Group) khác nhau tùy thuộc vào áp suất hơi đưa vào lơ sấy trong q trình làm việc.
Khi hơi được đưa vào các lơ sấy, nó truyền nhiệt năng tới vỏ kim loại của thân lô
sấy đồng thời chuyển thành nước ngưng. Nước ngưng sau đó được thu hồi bởi các ống xi
phơng và quay vịng về nồi hơi. Việc thu hồi nước ngưng hiệu quả đóng vai trị quan
trọng trong q trình truyền nhiệt của lơ sấy. Vì vậy, cần yêu cầu để một phần hơi quá
nhiệt sẽ đi qua các xi phong cùng với nước ngưng để tăng hiệu suất truyền nhiệt cũng như
tăng hiệu quả đẩy nước ngưng, khơng khí hoặc các khí khơng thể ngưng tụ ra khỏi các lơ
sấy.

Hình 2.2 : Các lơ sấy trong dây chuyền sản xuất giấy.

Ở các máy tốc độ thấp (<300-400m/phút), nước ngưng tạo thành một lớp ở dưới
đáy của lô sấy. Các loại máy này thường là các loại đời máy cũ. Khi tốc độ máy nâng cao,

nước ngưng bắt đầu bám theo thành lơ sấy phía bên trong và hình thành một lớp nước
ngưng dọc theo chu vi trong của lô sấy. Điều này gây ra một ảnh hưởng tức thời là giảm
tải đưa vào lô sấy. Nếu tốc độ quay của lô sấy chậm lại thì lớp nước ngưng quanh chu vi
bên của lơ sấy sẽ bị phá vỡ.
Hầu hết các lô sấy trong một máy sấy hiện đại có các thanh sấy bên trong các lơ
sấy. Chúng cịn một tên gọi khác là các thanh khuấy. Điều này tạo ra sự truyền nhiệt từ

16


hơi quá nhiệt vào thành lô sấy tốt hơn và đồng đều hơn bởi chúng khuấy đều nước ngưng
trong lô sấy.
Để hỗ trợ và đẩy tấm giấy di chuyển qua khu vực sấy, người ta thường sử dụng các
cơ cấu làm khô. Các cơ cấu này cũng dùng để ép tấm giấy vào bề mặt lô sấy làm tăng
hiệu quả truyền nhiệt. Cơ cấu này được dệt bằng các sợi tổng hợp và khơng hấp thụ nước
(cịn gọi là bạt tổng hợp). Nước chứa trong tấm giấy sẽ được loại bỏ trực tiếp bằng việc
bay hơi qua tấm sợi tổng hợp này vào khơng khí.
Hiện nay, có hai loại bố trí các máy sấy: loại đơn và loại kép. Cấu hình loại kép là
loại cũ hơn loại cịn lại (Hình 2.3a). Trong cấu hình này có hai tấm sợi tổng hợp (bạt tổng
hợp): một sử dụng cho các lô sấy phía trên và một sử dụng cho các lơ sấy phía dưới để hỗ
trợ ép tấm giấy áp sát vào bề mặt của các lô sấy. Khi tấm giấy chuyển từ lơ sấy này sang
lơ sấy tiếp theo thì khơng có các tấm sợi tổng hợp nhân tạo đỡ nên thường gây ra một số
sự cố như đứt giấy hoặc nhăn giấy. Để tránh những vẫn để này, ở các máy tốc độ cao, cấu
hình đơn được đưa vào sản xuất (Hình 2.3b). Cấu hình này được phát minh vào năm
1975. Cấu hình này, sử dụng một tấm sợi tổng hợp để hỗ trợ cả các lơ phía trên và các lơ
phía dưới cũng như đỡ tấm giấy khi di chuyển giữa các lơ sấy.

Hình 2.3a: Cấu hình lơ sấy kép.

17

Hình 2.3b: Cấu hình lơ sấy đơn.

Trước khi giấy ra khỏi phần sấy sau thì giấy được đi qua hai lơ lạnh (lơ có nhiệt độ thấp)
với mục đích: giảm nhiệt độ, giảm sự cong vênh của giấy, giảm sự tích điện trong tấm
giấy khi ra mơi trường ngồi.

Hình 2.4 : Hai lơ sấy lạnh ở nhóm sấy cuối cùng.

18